Выбор конструктивного построения фильтра, определение класса фильтра и выбор прототипа.

 

Проектирование фильтра начинается с выбора конструктивного исполнения его элементов (резонаторов). Критериями выбора типа резонатора могут служить габариты, потери, широкополосность, простота изготовления и т.д.

Фильтры на коаксиальных (стержневых) резонаторах с воздушным заполнением имеют наибольшую добротность (малые потери), но узкополосны и имеют большие габариты и вес.

Фильтры на полосковых и микрополосковых отрезках линий имеют большие потери, но более технологичны и широкополосны, а также малогабаритны.

В длинноволновой части СВЧ диапазона целесообразнее применять четвертьволновые резонаторы как имеющие наименьшие габариты. В верхней части диапазона до 4 ГГц можно использовать полуволновые резонаторы.

При выборе апроксимирующего полинома для характеристики фильтра необходимо учитывать, что чебышевские фильтры имеют большую крутизну характеристики затухания, чем баттервортовские, однако баттервортовские фильтры вносят меньше фазовых искажений. Класс фильтра (количество резонаторов) определяется из графиков рис.2.2 для баттервортовских и рис.2.3 для чебышевских фильтров.

 

 

L,дБ

 

Рис.2.2.

 

L,дБ

 

Рис.2.3.

 

На рис2.2 и рис.2.3 обозначено:

полоса пропускания фильтра на уровне 0,7 от максимума;

полоса запирания фильтра при заданном ослаблении L,дБ;

класс (порядок) фильтра, равный числу элементов прототипа или количеству резонаторов фильтра;

заданное ослабление вне полосы фильтра;

пульсации на вершине чебышевской характеристики.

 

Для фильтров преселектора супергетеродинного приемника полоса запирания определяется зеркальным каналом. Например, если приемник настроен на частоту f₀, промежуточная частота f _п, зеркальный канал f ₃= f ₀+2 f _п, то вследствие симметрии характеристики затухания, полоса запирания фильтра равна 4 f _п.

Класс фильтра n, равный числу элементов прототипа или количеству резонаторов фильтра, определяется из вышеприведенных графиков рис.2.2 или рис.2.3 по заданному ослаблению зеркального канала L,дБ.

g3

g1

g2

После определения класса фильтра выбирают прототип рис.2.4.

Rn+1=gn+1

 

 

а) б)

Рис.2.4

Очевидно схема рис.2.4а удобна для нечетных n, а схема рис.2.4б для четных n.

Параметры прототипа определяют из таблицы 2.1 для фильтров с баттервортовской характеристикой затухания.

 

Таблица 2.1.

N	g 0	g 1	g 2	g 3	g 4	g 5	g 6	g 7	g 8	g 9
		2,0 1,41 1,0 0,76 0,61 0,51 0,39	1, 1,41 2,0 1,84 1,61 1,41 1,11	1,0 1,0 1,84 2,0 1,93 1,66	1,0 0,76 1,61 1,93 1,96	1,0 0,61 1,41 1,96	1,0 0,51 1,66	1,0 1,11	0,39	1,0

 

Из таблицы 2.2 определяют параметры прототипа с чебышевской характеристикой затухания при пульсации на вершине дБ

 

Таблица2.2.

N	g 0	g 1	g 2	g 3	g 4	g 5	g 6	g 7	g 8	g 9
		1,01 1,82 2,02 2,09 2,13 2,15 2,17	1,0 0,68 0,99 1,06 1,09 1,1 1,11	2,65 2,02 2,83 3,0 3,06 3,11	1,0 0,78 1,09 1,15 1,18	2,65 2,13 2,93 3,14	1,0 0,81 1,16	2,65 2,96	0,81	2,65

 

 

Количество параметров g берется n +1.

Конструктивное исполнение фильтра определяется его назначением и частотой. В радиоприемных устройствах в диапазоне от 0,3ГГц до 4ГГц широко используются полосовые фильтры на отрезках микрополосковых линий.

 

 

Гребенчатый фильтр.

Гребенчатым называют фильтр, состоящий из решетки параллельно расположенных короткозамкнутых на одном конце отрезков микрополосковой линии, причем все короткозамкнутые концы расположены с одной стороны рис.2.5.

Вид фильтра в плане показан на рис.2.5а, поперечное сечение на рис2.5б. Короткозамкнутые резонаторы фильтра, длиной порядка , обозначены номерами от 1 до n. Номерами 0 и n +1 обозначены элементы связи (петля связи) на входе и выходе фильтра.

YВ=YА

Вх

Вых

YA

lр

	а)

 

 

Рис.2.5